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Biotechnological approaches to improve drought tolerance of Coffea arabica

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Resumo

A superexpressão do gene SHINE induz a expressão de genes relacionados ao estresse em plantas transgênicas, mesmo sob condições normais de crescimento, o que pode conferir aumento da tolerância à seca. Atualmente, têm sido desenvolvidos protocolos para a obtenção de raízes transgênicas com Agrobacterium rhizogenes, levando à produção de “plantas compostas” com sistema radicular transgênico conectado à parte aérea não transformada. No Capítulo II foi determinado o efeito da superexpressão do gene SHN2 em plantas transgênicas, estáveis e quiméricas, de Arabidopsis thaliana e Brassica rapa submetidas a tratamentos de seca. No Capítulo III foi desenvolvido um método eficiente de transformação genética de cafeeiro via A. rhizogenes, para a obtenção de plantas quiméricas de café da variedade Catuaí Vermelho IAC 144 que podem ser submetidas a ensaios rápidos com genes de interesse, os quais poderão futuramente ser utilizados em transformações estáveis, utilizando-se A. tumefaciens ou A. rhizogenes. No Capítulo IV foi realizada a superexpressão do gene SHN2 em raízes transgênicas de cafeeiro, visando à melhoria da tolerância à seca. Aproximadamente cinquenta por cento das plantas quiméricas de Arabidopsis superexpressando SHN2 sobreviveram ao tratamento de seca após 10 dias sem irrigação e reidratação por uma semana. Quanto à transformação do cafeeiro, 42 por cento dos hipocótilos infectados com A. rhizogenes contendo o plasmídeo pREDRoot apresentaram pelo menos uma raiz transformada, enquanto os hipocótilos com o plasmídeo pMOG22-35S::SHN2 apresentaram 32 por cento de transformação. No experimento de seca, as plantas quiméricas controle (DsRED) não sobreviveram após 15 dias de desidratação, enquanto as plantas quiméricas 35S::SHN2 sobreviveram ao tratamento.

Abstract

Overexpression of SHINE gene induces the expression of stress-related genes under normal growth conditions in transgenic plants and then confers increased tolerance to drought. In recent years, rapid procedures for obtaining transgenic roots have been developed using Agrobacterium rhizogenes, leading to the production of so-called “composite plants” comprising a transgenic root system attached to non-transformed shoot tissues. In Chapter II, it was determined the effect of overexpression of the Arabidopsis SHN2 gene in stable and/or chimeric transgenic Arabidopsis thaliana and Brassica rapa plants subjected to drought treatments. Chapter III was developed a rapid and efficient genetic transformation method via A. rhizogenes to create chimeric C. arabica (Catuaí Vermelho IAC 144) with wild-type shoots and transgenic roots, enabling the testing of potentially interesting genes in future stable transformations using A. tumefaciens or A. rhizogenes. In Chapter IV, roots overexpressing the SHN2 gene of Arabidopsis were transformed in transgenic hairy roots of coffee to improve the drought tolerance of such chimeric plants. 50 percent of the 35S::SHN2 chimeric transgenic Arabidopsis plants survived the water stress treatment and recovered after rewatering. In contrast, 42 percent of the coffee hypocotyls infected with A. rhizogenes carrying the pREDRoot plasmid had at least one root expected to be transformed, while those with the construct 35S::SHN2 had 32 percent transformation. In the drought experiment, the DsRED (control) chimeric coffee plants did not recover from the 15-day dehydration treatment and dried out all while the 35S::SHN2 chimeric plants recovered and became greener and stronger.

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Fisiologia Vegetal

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STEIN, V. C. Biotechnological approaches to improve drought tolerance of Coffea arabica.97 p. Tese (Doutorado em Fisiologia Vegetal)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2009.

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